Une vue du lac de lave permanent de l'Erta ale en Éthiopie. © Fotolia, Rainer Albiez.

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Exoplanète : Trappist 1 chaufferait des océans de magma par induction

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Trois des exoplanètes en orbite autour de Trappist 1, dont une potentiellement habitable, seraient chauffées par induction par le champ magnétique de la naine rouge. Le phénomène engendrerait un volcanisme important et même des océans de magma internes. De quoi se poser des questions sur l'habitabilité des exoplanètes autour d'étoiles similaires.

  • Les planètes et les astéroïdes sont généralement chauffés par les forces de marée et la désintégration radioactive d'éléments, en plus, bien sûr, du rayonnement des étoiles.
  • Pour certains astéroïdes et certaines des exoplanètes de Trappist 1, des champs magnétiques pourraient bien produire beaucoup de chaleur par effet Joule en raison de l'existence de courants électriques induits.
  • Une étude montre que certaines des exoplanètes de Trappist 1 possèderaient même des océans de magma internes. Le phénomène existerait autour d'autres naines rouges de la Voie lactée.

Depuis la découverte d'exoplanètes potentiellement habitables de Trappist 1, la question d'une possible présence de vie est posée. Beaucoup de paramètres entrent en jeu, notamment au niveau de la composition de leurs atmosphères et de leur contenu en eau. Sur Terre, le volcanisme (via l'effet de serre) et la tectonique des plaques ont joué et jouent un rôle dans l'habitabilité de la Planète bleue. D'où l'intérêt de l'étude d'une équipe internationale de planétologues menée par des chercheurs autrichiens de l'IWF (Institut für Weltraumforschung), à Graz.

Publié dans un article de Nature Astronomy, ce travail implique que les caractéristiques de la naine rouge Trappist 1 conduisent à un chauffage électromagnétique par induction de certaines de ses exoplanètes. Le phénomène serait si efficace que, dans certains cas, en plus d'alimenter un volcanisme copieux, il serait en mesure de créer de véritables océans de magma en environ un à trois milliards d'années à l'intérieur des trois exoplanètes les plus proches de Trappist 1.

Dans le cas de Trappist 1, le champ magnétique B de la naine rouge, assimilable en première approximation à celui, dipolaire, d'un aimant, comme le montrent les lignes de champs sur ce schéma, est incliné d'un angle β par rapport à l'axe de rotation de l'étoile. Cela provoque des variations périodiques du flux magnétique Φ dans une exoplanète proche et donc des courants induits générateurs de chaleur par effet Joule. © Kristina Kislyakova

Des astéroïdes et des exoplanètes chauffés par induction et effet Joule

L'idée d'un chauffage électromagnétique des corps célestes n'est en fait pas nouvelle. Dès 1968, afin d'expliquer certaines caractéristiques des astéroïdes de la fameuse ceinture entre Mars et Jupiter, le mécanisme de chauffage par induction avait été avancé. L'idée était simple et brillante. En raison des lois de la relativité restreinte, un champ magnétique dans un référentiel au repos peut apparaître comme un champ électrique dans un autre référentiel en mouvement par rapport au premier (et inversement). En modélisant les astéroïdes comme des corps diélectriques en mouvement dans le champ magnétique du jeune Soleil en phase T-Tauri, un groupe de physiciens en avait déduit que des courants électriques y étaient produits. On pouvait donc rendre compte des températures élevées atteintes dans certains astéroïdes par effet Joule.

Aujourd'hui, selon les chercheurs, il est raisonnable de penser que ce mécanisme opère aussi dans les exoplanètes de Trappist 1. Elles sont en effet bien plus proches de leur étoile que les planètes telluriques du Système solaire le sont du Soleil, et, de plus, la naine rouge possède un champ magnétique particulièrement élevé. Or, l'axe de ce champ, que l'on peut considérer comme produit par un aimant, n'est pas parallèle à l'axe de rotation de Trappist 1, lequel est perpendiculaire aux plans orbitaux de ses exoplanètes, ou peu s'en faut. Les exoplanètes en orbite traversent donc un champ magnétique qui leur apparaît comme modulé au cours du temps (voir la figure ci-dessous). Une partie de cette modulation vient d'ailleurs tout simplement de la rotation de l'étoile sur elle-même, de sorte que si elle est rapide, la modulation l'est également. Comme nous l'apprend la loi de Faraday sur l'induction, et qui est contenue dans les célèbres équations de Maxwell (voir le cours de physique de Feynman), une telle modulation va induire des champs électriques et, comme dans le cas des astéroïdes déjà étudié il y a presque 50 ans, un chauffage des exoplanètes par effet Joule.

Plus généralement, ce résultat établi dans le cas de Trappist 1 peut s'appliquer à d'autres naines rouges de la Voie lactée car certaines tournent très vite et ont un champ magnétique des centaines de fois supérieur à celui du Soleil. C'est donc un élément de plus à prendre en compte par les exobiologistes en quête de vie dans le cosmos observable.